无线传感器网络故障诊断检测技术

王凡喆

关键词：无线传感器网络、故障诊断

1绪论

1.1无线传感器的结构及特点

传感器节点、汇聚节点和管理站等结构组成无线传感器网络。在监测区域附近存在大量自我组织构成网络的传感器节点。节点得到的数据经逐个节点传输并且数据被多个节点处理后路由到汇聚节点，最后通过Internet等无线传输方式到达管理站后管理站进行监测和管理。特点有能量资源有限、硬件资源有限、无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑、节点数量多、可靠性等。

1.2无线传感器网络的设计要点

无线网络的设计将直接影响其工作的性能和效率所以网络协议起到使各个独立的节点组成可以进行多跳的数据网络而时间同步实现了其自身协议运行、数据融合、协同睡眠及定位的基础；目标定位确定节点位置，硬件平台和嵌入式操作系统也是无线传感器网络的主要因素，通过拓扑控制对自组织的无线传感器网络生成良好的网络结构从而提高路由协议和MAC协议的效率。

2无线传感器网络故障的应用

2.1无线传感器网络的应用领域

1)军事应用

在军事应用中无线传感器网络可以达到实现对敌军行为的实时监控、监测、目标位置锁定、战场的评估、核攻击、核生化武器攻击的监测搜索等任务还可以对周围各种参数进行实时分析和信息进行采集，如温度、湿度、气体、声音、磁场、红外线、震动等。作战时在友军身上装入传感器节点可起到保护友军的作用，避免误伤，在定位导弹发射点和飞机抛撒等方面也起到重要作用。低成本的网络且具有容错性有优势，因此，常常被国家的军队所关注。

2)医学、健康监测应用

用于医学研究和检测治疗，在医疗系统和健康护理方面应用广泛，可监测人体多种生理指标数据并且对患者和医生的行为进行跟踪定位，医院的药物管理等。利用无线传感器网络就可以实现医生对患者随时的病情监护，如若发现异常能够进行迅速处理和抢救，在生物医药的研究方面也起到很好的作用，可以长时间的收集人体的生理数据并对数据分析人体的活动机理和研究出新的药品，以我们现在的无线传感器网络技术有基于嵌入式系统的无线传感器网络的远程医疗，形成不同的无线生理传感器，可扩展的无线传感器网络的体系结构，可用于家庭、医院和社区健康的远程监测系统。

3)环境监测

无线传感器网络可以对环境进行实时监测和记录参数并且在生物研究邻域有所贡献其参数包括：气象条件、温度、压力、红外、风速、土壤成分、光照强度、气体成分、气体浓度等，无线传感器网络可以在网络环境的研究下发现农作物的灌溉监测，牲畜和家禽的监测，煤矿安全监测、地形勘察、土壤、空气条件环境和土地的表面积的检测和监测，用于监测地球的天气气候和地理研究、洪水、跟踪昆虫、鸟类和小型动物群对动物群的复杂性也可用于对生态环境和工业环境的研究，系统通过自组织无线网络将数据传输到较远的基站，再经Internet或卫星传输至服务器以便研究人员查看各个节点的数据情况从而为生态环境的研究提供帮助。此外，在家居生活中，智能产品的研究开发和技术推广也渐渐得到民众的支持和认可。

2.2故障诊断的研究现状

传感器网络的设计问题中总会伴随效率问题的解决，能量效率的提高因为无线传感器具有能量有限性，在长时间远距离的工作状态下，提高传感器网络工作的能量效率是必要的。传感器网络故障诊断方法设计中主要解决能量效率问题，无线传感器不存在远距离线路布防工作即不考虑物理线路方面的障碍，其主要工作是数据的传输和收集作用，对其中任意一个节点的识别不做要求。

节点的任务是收集信息，也为其他节点传输信息，在这个过程中任何部分都可能出现的故障，传感器网络故障主要研究方面就是确保数据的采集、处理和传输过程中的正确性。出现故障后无法人工操作一般会用冗余或放弃故障节点重新选择更好的传输路线从而解决网络故障问题。

2.3网络故障诊断方法

节点故障诊断有：对邻近的两个节点之间的空间相关性的故障测量原因是越临近的了两个节点之间相似性越强即为WMFDS诊断技术；在监控区域内持续的监测节点并且通过其相对应的距离进行反馈，把发生的事件数据传输给用户传输过程中有单调变化性即为FIND检测技术；通过用户移动设备的加速器来检测地震运动，其数据存在阈值如果阈值与历史数据有很大的偏差说明此处有故障存在此方法为CSN故障检测技术。网络故障诊断有：软件调试方法故障诊断是对传感器节点的每一个都进行调试代理使节点主动发送与节点诊断相关的状态信息，然后对这些信息进行分析来发现数据中可能出现的故障；规则的挖掘或特定的模型推断法，集中式在每一个小的传感器节点上植人使用的探测器进行数据采集分析和分类，这样的信息网络建设从每个探测器上获取信号是非常有限的不精确。分布式针对所有节点与集中式相反整合所有数据并分析得出诊断结果；无声故障的诊断技术是无任何先验知识的未知的故障类型也影响网络性能和质量。

3结束语

故障诊断技术与现代科学技术的发展和应用研究紧密相关，现已广泛应用到人类生活中是重要的确保信息安全性和可靠性的技术，直接关系到社会和经济，诊断方法考虑到了不同类型的故障诊断，可以有选择快速、准确及时排除故障，保证系统的正常运行。无线传感器网络具有少耗能、高效率等优点，可实际应用到生活和科学研究之中。

参考文献

1.孙利民，李建中，陈渝，等无线传感器网络〔M〕北京：清华大学出版社，2004:407-418.

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4.唐文彦，传感器[M].北京：机械工业出版社，2014（5）